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楼主 # 2022-07-15 11:38:57

LYF0630
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基于CH32V307的高速USB转JTAG下载器

沁恒CH32V307这个单片机相信很多人都见过了,14块钱就能拥有内置PHY的USB HS,性价比拉满。前一段时间沁恒开源了一个基于它的高速USB转JTAG下载器项目,并适配了openocd。根据官方文档,该项目使用了硬件SPI优化JTAG信号输出,JTAG时钟可以达到36MHz,也就是约3.3M/s的下载速度,在这个价位下基本是无敌的存在,于是前几天就尝试了一下,过程简略记录如下。

首先在Github上下载项目openwch/usb-jtag-spi,将项目里的固件写入到CH32V307-EVK中(CH32V307/V305芯片均可),安装对应的驱动(项目中自带的驱动打不上的话可以去官网下载新版),此时设备管理器中将出现一个USB To Jtag/SPI的设备,代表驱动安装成功。

下一步根据项目中文档的引脚说明,将单片机的指定引脚连接到FPGA的JTAG引脚上。我手上目前只有xc7k325,因此没有测试其他FPGA或者单片机。随后进入到项目中自带的openocd目录下,在openocd.exe所在的路径下使用终端执行下列命令。

PS C:\Users\12484\Desktop\usb-jtag-spi\bin\WIN APP\openocd\bin> 

.\openocd.exe -f .\usb20jtag.cfg -f ..\scripts\cpld\xilinx-xc7.cfg -c "init; xc7_program xc7.tap; pld load 0 led.bit" -c exit

Open On-Chip Debugger 0.11.0+dev-00631-g6c9dd1c6b-dirty (2022-04-28-20:19)
Licensed under GNU GPL v2
For bug reports, read
        http://openocd.org/doc/doxygen/bugs.html
Info : only one transport option; autoselect 'jtag'
xc7_program
Info : This adapter doesn't support configurable speed
Info : JTAG tap: xc7.tap tap/device found: 0x43651093 (mfg: 0x049 (Xilinx), part: 0x3651, ver: 0x4)
Warn : gdb services need one or more targets defined
loaded file led.bit to pld device 0 in 0s 104245us

Info : Close the USB20JTAG.

实测结果是完全可以达到36MHz的速度,使用一个更大的比特流文件测试也得到了同样的结果。对比之下,我手上使用ft232h芯片的digilent-hs3只能跑到约24MHz的速度,实力不可谓不强悍。不过hardware manager并不会认这个下载器,因此无法在vivado中使用,目前只能用来下载比特流。希望手上有单片机的朋友也能测试一下调试和下载单片机的情况。

当然,这个项目目前还有一些缺点,比如名字(USB20JTAG)就取得很不好,一点辨识度都没有。此外,由于是使用SPI优化的原因,JTAG频率貌似是写死的36MHz无法调整,如果从机反应慢或者接线情况不好可能就会出现问题,希望沁恒能够尽快改善并推送到openocd上游,加快普及基于USB2.0 HS的下载调试器。

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#1 2022-07-15 12:41:11

metro
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Re: 基于CH32V307的高速USB转JTAG下载器

理论上可以用XVC Server连接到各种调试器。这周末我试下,看看这种情况下的性能咋样😋

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#2 2022-07-15 17:24:48

echo
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Re: 基于CH32V307的高速USB转JTAG下载器

其实没啥用处,调试器很多时候都得降频使用。FS的速度也足够应对绝大多数场景。

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楼主 #3 2022-07-15 21:42:10

LYF0630
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Re: 基于CH32V307的高速USB转JTAG下载器

echo 说:

其实没啥用处,调试器很多时候都得降频使用。FS的速度也足够应对绝大多数场景。

咋可能没用,大FPGA的比特流动辄几十M,下载器当然是高速才好用。单片机方面H7这类高性能单片机固件达到几M也是很正常的事情

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#4 2022-07-15 22:51:01

echo
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Re: 基于CH32V307的高速USB转JTAG下载器

@LYF0630
你也说了是大FPGA才几十M,大多数都是中小容量FPGA。并且使用USBFS的调试器比如USB-Blaster把带宽用满速度并不慢,瓶颈并不在USBFS。
至于MCU,实际成熟项目中更新固件大多数都是通过bootloader进行的。根本不需要调试器。

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#5 2022-07-16 02:33:19

metro
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Re: 基于CH32V307的高速USB转JTAG下载器

echo 说:

其实没啥用处,调试器很多时候都得降频使用。FS的速度也足够应对绝大多数场景。

问题的关键是全速USB是否会成为FPGA下载的瓶颈。对于高云这种限制了JTAG烧录速度的FPGA来说确实用处不大(因为JTAG时钟频率上限低于12Mbps的一半),但是如果FPGA支持更高的时钟频率的话,还是有帮助的。
有个人给过我一个数据,说是CH32V307下载7K325T能到3MB/s以上的速度,这个速度显然就超过全速USB的上限了。不过这个数据我还没验证过,不知道实际上能否达到(对应的JTAG时钟频率得超过24MHz了)。

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#6 2022-07-16 07:39:37

le062
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Re: 基于CH32V307的高速USB转JTAG下载器

单片机做调试器的第一步,看SPI,CH32V307这个芯片的SPI最小传输bits是8或16,这就说明它最多只能让JTAG跑的比较快(还要配合IO模拟),跑SWD的速率必然比较拉跨。【此处假定用SPI加速,若有其他牛逼外设,当我没说】

以我接触过的HME芯片为例,FPGA编程的JTAG读写命令能支持到连续256字节,这种长命令随便用什么SPI都能跑出很好的速度。

最关键的还是常用IDE环境,IDE决定了数据格式,调试器只能按照IDE下发的命令去执行,进而产生了巨大的损耗。商业化的j-link自带上位机驱动,在这方面就产生了非常大的优势。

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#7 2022-07-16 09:43:04

seamas
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Re: 基于CH32V307的高速USB转JTAG下载器

Sipeed github上有一个软件模拟FT2232D的项目,可惜受限于mcu,只能支持到FS,有兴趣的大佬可以考虑移植到WCH的芯片上
https://github.com/sipeed/RV-Debugger-BL702

另外,WCH自己也出了一个CH347转接芯片,只是比较难买
https://www.wch.cn/products/CH347.html?

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#8 2022-07-16 22:12:59

echo
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Re: 基于CH32V307的高速USB转JTAG下载器

@metro
以我优化USB-Blaster的经历,USBFS的12M理论速度对这些调试器都足够了。瓶颈不在USBFS。最典型的例子就是CY7C68013版本的USB-Blaster,空有480M的USBHS,速度完全不行。
常见的MCU闪存容量都在1MB以内,FPGA配置芯片很多也都是几个MB而已,实际bitstream使用的更少。

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#9 2022-07-17 01:45:21

metro
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Re: 基于CH32V307的高速USB转JTAG下载器

@echo

所以我理解还是和需求有关系。CH32V307官方演示的是用OpenOCD烧XC6SLX9,下载速度确实是超过全速USB的上限了,但由于bitstream太小(300KB+),实际上只用了0.1s左右的时间,这个确实体现不出高速USB的优势(0.1s到1s的感知不强,毕竟其它操作本来就需要一些时间)。估计得到XC7K325T(bitstream在10MB+)及以上级别的FPGA才会有比较明显的感觉。

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#10 2022-07-17 01:55:59

metro
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Re: 基于CH32V307的高速USB转JTAG下载器

@echo

另外,即使都是高速USB,相互之间也是有比较明显的性能差距的,这个可能和具体的实现有关,我这里不是很了解,这里有一些相关数据:https://blog.csdn.net/rui22/article/details/107814146 。DLC9和Digilent的方案的对比应该是比较多的。
(当然,最典型的反面例子就是只用CY7C68013A不用CPLD的方案,这种方案的IO速度受到CPU的限制,实际上确实不如新的USB全速方案,但是用GPIF或者Slave FIFO的方案理论上来说要好一些。)
说到底,我觉得最大的问题是高速USB对于纯下载用途而言确实应用面比较窄(原因如你所说,大容量芯片本身就是偏专业向的用途,和开源社区目前关注的方向不是很合拍),而可以发挥其优势的用途(如大容量FPGA下载,片上逻辑分析仪等)又容易受到上位机的制约(通常只支持特定型号的下载器,对开源方案不友好),估计需要多做一些工作才能达到期望的效果。

最近编辑记录 metro (2022-07-17 02:12:59)

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#11 2022-07-17 10:08:44

echo
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Re: 基于CH32V307的高速USB转JTAG下载器

@metro
这些10MB+的bitstream本来就是极少的场景。调试器上完全派不上用场。SignalTapII这类片上逻辑分析仪用USBFS也足够了,我用CH552做的USB-Blaster也可以胜任。这些调试器一边是USB,另外一边是JTAG或者SWD,也是单端串行时钟,并且要使用杜邦线或者排线连接,TCK时钟频率不可能太高,十几M最多几十M撑死了。频率越高兼容性可靠性越差,用户越容易骂娘。使用480M的USBHS完全就是大炮轰蚊子,没有任何必要。
另外TCK和SWCLK这边如果软件IO模拟时序,那速度完全不行,要喂饱USBFS必须硬件SPI+DMA来优化,这个还是有一定难度的,做得好的并不多。
高速USB的最佳应用是各种USB逻辑分析仪,这些设备对USBHS的带宽使用比较充分。

最近编辑记录 echo (2022-07-17 10:18:48)

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#12 2022-07-25 20:46:50

KooLee
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Re: 基于CH32V307的高速USB转JTAG下载器

CH32V305FBP6通过WCH-LINK无法刷入固件,换CH32V307RCT6后直接USB可以更新固件,目前我自己尝试只能刷BIT,还不知道如何刷BIN。
刷BIT文件,FPGA板掉电重启后固件就会丢失。
我的命令如下:
“openocd.exe -f ./usb20jtag.cfg -f ../scripts/cpld/xilinx-xc7.cfg -c "init;xc7_program xc7.tap; pld load 0x0 ./test.bit" -c exit”

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#13 2022-07-28 02:08:30

metro
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Re: 基于CH32V307的高速USB转JTAG下载器

@KooLee

有大佬跟我说过,这个固件实际上是为307编译的,305由于硬件与307不完全相同,需要自行编译305的版本。
另一个大佬说目前沁恒提供的OpenOCD还不支持bin的烧录,这个没验证过,不知道是否属实。

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#14 2022-07-28 17:06:58

KooLee
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Re: 基于CH32V307的高速USB转JTAG下载器

metro 说:

@KooLee

有大佬跟我说过,这个固件实际上是为307编译的,305由于硬件与307不完全相同,需要自行编译305的版本。
另一个大佬说目前沁恒提供的OpenOCD还不支持bin的烧录,这个没验证过,不知道是否属实。

已经联系上沁恒负责CH347T的刘工,他负责帮忙验证。
我目前是使用FT2232H配合https://github.com/quartiq/bscan_spi_bitstreams实现openocd刷Bin到FPGA的FLASH芯片。

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